工业网络技术第3课pptConvertor.docx
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工业网络技术第3课pptConvertor
东北大学秦皇岛分校
第三章局域网技术
本章主要内容
局域网基础知识
局域网网络协议
介质访问控制方式
交换式局域网
局域网互连技术
什么是局域网？
由特定类型的传输媒体（如电缆、光缆和无线媒体）、网络适配器（亦称为网卡）互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。
本章主要内容
局域网基础知识
局域网网络协议
介质访问控制方式
交换式局域网
局域网互连技术
局域体系结构-IEEE802标准
局域网与OSI/RM对应关系
以太网
以太网是在20世纪70年代研制开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到10MBPS。
1983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准。
局域网传输介质
传输介质
用于传输信号的各种物理介质
物理上将计算机相互连接起来的介质
传输介质的种类
同轴电缆
非屏蔽双绞线UTP
屏蔽双绞线STP
光缆
本章主要内容
局域网基础知识
局域网网络协议
局域网拓扑结构
介质访问控制方式
交换式局域网
局域网互连技术
拓扑结构
总线型
星型
环型
树型
混合型
总线型网络拓朴结构
终接器
终接器
工作站
工作站
工作站
工作站
总线型的优越性
一个节点失效不影响其他节点的工作
节点的增删不影响全网的运行
结构简单
接入灵活
扩展容易
可靠性高
星型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
交换机
环型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
环型的主要问题
环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪
树型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
混合型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
局域网的拓扑结构
总线型拓扑结构
环型拓扑结构
星型拓扑结构
本章主要内容
局域网基础知识
局域网网络协议
介质访问控制方式
交换式局域网
局域网互连技术
介质访问控制技术（MAC）
MediumAccessControl
解决同一时间多台设备争用共享信道的问题。
决定了传输介质的利用率。
共享介质
B向D
发送数据
C
D
A
E
匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）
匹配电阻
不接受
不接受
不接受
接受
B
只有D接受
B发送的数据
以太网的MAC地址
以太网的MAC地址长度为48b
以太网的MAC地址表示方式：
16进制表示
例如：
52-54-ab-31-ac-c6
唯一性保证
以太网的MAC地址由专门的组织负责分配
介质访问控制技术ext
带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）
控制令牌（TokenBus）
CSMA/CD
载波侦听（CarrierSense）
坚持和非坚持CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问）
冲突和冲突检测（CollisionDetection）
载波侦听（CarrierSense）
为尽量避免由于竞争总线引起的冲突，每个工作站在发送数据前，都要侦听传输线上是否有数据正在发送。
“讲前先听”
CSMA/CD
载波侦听（CarrierSense）
坚持和非坚持CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问）
冲突和冲突检测
坚持和非坚持CSMA
不坚持CSMA
1坚持CSMA
P坚持CSMA
不坚持CSMA
坚持和非坚持CSMA
不坚持CSMA
1坚持CSMA
P坚持CSMA
1坚持CSMA
坚持和非坚持CSMA
不坚持CSMA
1坚持CSMA
P坚持CSMA
P坚持CSMA
CSMA/CD
载波侦听（CarrierSense）
坚持和非坚持CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问）
冲突检测
1km
A
B
t
t=t-d/2
发生碰撞
A
B
A
B
t=0
A检测到
信道空闲
发送数据
A
B
t=0
A
B
单程端到端
传播时延记为t
冲突和冲突检测
CSMA并不能完全解决冲突问题
由于传输延迟，多个站同时监听到线上空闲，并开始发送，从而导致冲突。
边讲边听
重要特性
半双工通信
存在冲突
整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
介质访问控制技术ext
带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）
令牌方式（Token）
令牌方式
CSMA/CD各节点发起通信是随机的。
节点必须持有“令牌”（Token），才有资格发送数据。
令牌是一个特殊结构的控制帧，在网络上的各个节点中按特定的顺序进行传递。
令牌方式
令牌环形
令牌总线
令牌环形
令牌环网络拓扑结构是环形。
令牌沿着网络环路单向传递，拥有令牌的站点才有权向环路上发送报文，其他站点接收报文。
令牌环工作原理
网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行
发送站点
必须等待，直到捕获到令牌
发送数据帧
释放令牌
回收数据帧（绕环一周后）
中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）
转发环上的数据帧
接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）
拷贝环上的数据帧
转发环上的数据帧
数据传输实例
（1）
数据传输实例
（2）
数据传输实例（3）
站点A、B分别向站点C、D发送数据
数据传输实例（4）
站点A、B分别向站点C、D发送数据
FDDI的双环结构
目的：
解决FDDI（光纤分布数据接口）的可靠性问题
双环是逆向旋转的
正常时，仅使用一个环传送数据
第一个环失效时，第二个环开始工作
正常工作
出现故障
令牌方式
令牌环形
令牌总线形
令牌总线形
网络拓扑形式是总线形。
令牌的传递逻辑是环形。
网络必须具有初始化功能，生成令牌传递次序。
DH-485、DH+、ControlNet网络
令牌总线形ext
IEEE制订的局域网标准
IEEE802.3带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）
IEEE802.4令牌总线（TokenBus）
IEEE802.5令牌环（TokenRing）
本章主要内容
局域网基础知识
局域网网络协议
介质访问控制方式
交换式局域网
局域网互连技术
共享式以太网存在的主要问题
覆盖的地理范围有限
网络总带宽容量固定
以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有
节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重
无法支持多种速率
以太网的传输介质是共享的
冲突
DataCollection
Mission-Critical
（Control）
BackOffice
Configuration（FileTransfer）
Classification
Policing
Congestionavoidance
共享式以太网使用HUB
2
3
4
1
共享式以太网：
冲突
2
3
4
1
节点1检测到冲突
节点3检测到冲突
交换的提出
共享以太网存在的问题的解决方法：
分段+交换
何谓分段+交换？
将大型以太网分割成两个或多个小型以太网
每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信
段与段之间通过“交换”设备沟通
交换设备在一个网段接收信息，经处理后转发给另一网段
利用集线器组成的大型共享式以太网
交换设备的类型
局域网交换机：
工作于数据链路层，连接较为相似的网络
路由器：
工作于互联层，实现异型网络互联
以太网交换机组网
将一台计算机直接连到交换机端口
该计算机独享该端口提供的带宽
将一个网段连到交换机端口
该网段上的所有计算机共享该端口提供的带宽
以太网交换机的工作过程
网络节点间通讯
单播（Unicast）
信息的接收和传递只在两个节点之间进行
多播（Multicast）
一次传送所有特定目标节点的数据
广播（Broadcast）
向同一子网内所有的IP地址传送数据
引起广播风暴的原因
网卡损坏或者交换器端口损坏
网络中环路
蠕虫病毒
电磁干扰
网线短路
虚拟局域网VLAN
什么是虚拟局域网？
将局域网上的用户或节点划分成若干“逻辑子网”
网络中节点不拘泥于所处的物理位置，而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术。
利用以太网交换机就可以配置VLAN
VLAN的优点
减少网络管理开销
控制广播活动
提供较好的网络安全性
以太网
交换机
A4
B1
以太网
交换机
VLAN3
C3
B3
VLAN1
VLAN2
C1
A2
A1
A3
C2
B2
以太网
交换机
以太网
交换机
三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2
和VLAN3的构成
当B1向VLAN2工作组内成员发送数据时，
工作站B2和B3将会收到广播的信息。
以太网
交换机
A4
B1
以太网
交换机
VLAN3
C3
B3
VLAN1
VLAN2
C1
A2
A1
A3
C2
B2
以太网
交换机
以太网
交换机
三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2
和VLAN3的构成
B1发送数据时，工作站A1,A2和C1
都不会收到B1发出的广播信息。
以太网
交换机
A4
B1
以太网
交换机
VLAN3
C3
B3
VLAN1
VLAN2
C1
A2
A1
A3
C2
B2
以太网
交换机
以太网
交换机
三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2
和VLAN3的构成
虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络
不会因传播过多的广播信息（即“广播风暴”）而引起性能恶化。
VLAN的组网方法
静态VLAN
交换机上的VLAN端口由管理员静态分配
这些端口保持这种配置直到人工改变它们
动态VLAN
交换机上VLAN端口是动态分配的
分配原则通常以MAC地址、IP地址为基础
本章主要内容
局域网基础知识
局域网网络协议
介质访问控制方式
交换式局域网
局域网互连技术
网络互连设备
物理层－－中继器
数据链路层－－网桥
网络层－－路由器
传输层及传输层以上－－网关
中继器
每种网络都规定了一个网段所容许的最大距离；
中继器负责在物理层上完成信号的复制、调整和放大功能；
中继器用于延长网络距离，两端的传输速率、协议和地址空间都相同。
中继器ext
网络互连设备
物理层－－中继器
数据链路层－－网桥
网络层－－路由器
传输层及传输层以上－－网关
网桥
又称桥接器，在数据链路层上对帧进行存储转发。
网桥能够互联两个采用不同媒体访问控制协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。
网桥两端的协议和地址空间保持一致。
网桥ext
网络互连设备
物理层－－中继器
数据链路层－－网桥
网络层－－路由器
传输层及传输层以上－－网关
路由器
路由器工作在物理层、数据链路层和网络层。
为经过路由器的数据包按照某种路由策略选择一条最佳路由，并将该数据包发出。
在具有独立地址空间、数据速率和介质的网段间存储转发数据包。
但两端协议保持一致。
路由器ext
路由器工作方式
R1
R2
R3
130.124.x.x
130.127.x.x
192.101.50.x
1
2
130.124.55.6
192.101.50.12
130.128.22.1
1
1
2
2
3
如果地址为130.124.55.6的设备需要向地址为192.101.50.12的设备发送信息。
它检测到目标设备不在同一网段，将信息发至路由器。
网络互连设备
物理层－－中继器
数据链路层－－网桥
网络层－－路由器
传输层及传输层以上－－网关
网关
网关具有从物理层直到应用层各层的协议转换能力。
与所连接的两个网络的具体协议有关，因而用于不同网络间转换连接的网关是不同的。
不存在通用型网关。
网关ext
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